自行車的材料及性能完整版

自行車的材料及性能自行車的材料有已往使用的鉻鉬鋼以外、還有鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現(xiàn)新材料。出現(xiàn)了不少用這些新材料制成的車架。關(guān)于金屬合金材料的書很多，但是不是專門介紹自行車的材料，在此簡(jiǎn)單介紹自行車的材料，供車友們參考。

材料的常用知識(shí)

首先了解一下金屬材料的常用語(yǔ)。

應(yīng)力以及變形

(1).應(yīng)力的定義=σ=負(fù)荷/斷面積(即：?jiǎn)挝幻娣e上所能承受的重量)

雖然負(fù)荷大，但是可以增加厚度來(lái)降低斷面積上的應(yīng)力。從這里也可知為什么鉻鉬鋼、鋁、鈦管的厚度不同。

(2).受應(yīng)力之后，用于車架的材料會(huì)變形。其變形可分為彈性變形和塑性變形。

彈性變形：雖然變形，但是除去應(yīng)力后恢復(fù)原狀。

塑性變形：變形后除去應(yīng)力也無(wú)法恢復(fù)原狀。

(3)彈性率：彈性率所指的是像彈簧一樣變形的材料的低抗程度。彈性率高的材料硬，承受負(fù)荷后變形也少；彈性率低的材料較軟，承受負(fù)荷后變形較多。作為自行車的材料，有些部位需要變形多些，有些部位需要變形少些。

彈性率以楊氏彈性模量來(lái)表示。數(shù)據(jù)越大彈性率越高。下表為自行車的各種材料的楊氏彈性模量。

從上表可知鉻鉬鋼的彈性率最高，鎂合金的彈性率最低。彈性率將決定材料剛性的強(qiáng)弱，對(duì)自行車來(lái)說(shuō)該數(shù)據(jù)是很重要的。

屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度

屈服強(qiáng)度：是彈性變形的極限，也叫屈服點(diǎn)。增加應(yīng)力到一定程度時(shí)成為塑性變形，也就是變彎了。

拉伸強(qiáng)度：指的是增加應(yīng)力到一定程度時(shí)不單是成為塑性變形，還被拉斷。

密度

密度是單位體積的重量。密度是決定車架的重量時(shí)重要因素之一。設(shè)計(jì)輕的車架時(shí)不可勿視的數(shù)據(jù)。但是密度小不等于車架輕。

增強(qiáng)材料

重排：所指的是在金屬結(jié)晶中會(huì)產(chǎn)生的移動(dòng)現(xiàn)象(原子間存在間隙，使結(jié)晶移來(lái)移去)。發(fā)生重排現(xiàn)象時(shí)金屬會(huì)變形。強(qiáng)化材料也就是想辦法制造出不要發(fā)生重排現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)。在此介紹4種強(qiáng)化材料的方法。固溶體強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、通過(guò)硬化加工來(lái)增強(qiáng)、結(jié)晶體的微細(xì)化來(lái)增強(qiáng)。

固溶體強(qiáng)化

在鐵等母體材料中熔入鉻、鉬等，使母體材料變成不同半徑的結(jié)晶構(gòu)造。此時(shí)的原子稱為固溶體。在此舉個(gè)例來(lái)說(shuō)明這種現(xiàn)象。比母體的原子半徑小的原子進(jìn)來(lái)時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。

「在電梯里已有9位大漢子已相當(dāng)擁齊，此時(shí)進(jìn)來(lái)了小孩，為了防止小孩被擠壞，漢子們開始靠向四周」。

比母體的原子半徑大的原子進(jìn)來(lái)時(shí)

「在電梯里已有9位大漢子已相當(dāng)擁齊，其中有一個(gè)人下了電梯，但是又進(jìn)來(lái)了肥胖的大娘，此時(shí)漢子們又開始靠向四周」。如上述現(xiàn)象在結(jié)晶體四周發(fā)生了應(yīng)力，使得重排現(xiàn)象變小了。利用這個(gè)方法的是鉻鉬鋼。

析出強(qiáng)化

當(dāng)前，自行車材料中的鋁合金制品普遍受到歡迎。增強(qiáng)鋁的方法將在鋁項(xiàng)目中記述，在此只講強(qiáng)化的原理。固溶在金屬中的添加物，會(huì)產(chǎn)生飽和狀態(tài)(不完全溶解)，添加的量超過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，因未能完全溶解而析出。

具體地說(shuō)，提高溫度時(shí)飽和量也增加，完全溶解的瞬間開始慢慢冷卻時(shí)，能析出大的結(jié)晶。用食鹽來(lái)做實(shí)驗(yàn)會(huì)看到這個(gè)現(xiàn)象，食鹽的場(chǎng)合，急速冷卻時(shí)析出細(xì)小的鹽結(jié)晶，但是金屬一般不會(huì)析出，若冷卻速度快時(shí)，不會(huì)析出而強(qiáng)迫使它固溶。

對(duì)處于此狀態(tài)下的金屬，逐漸提高它的溫度時(shí)慢慢析出。在此需要注意的是過(guò)于析出不可，析出不夠也不行，溫度過(guò)高、過(guò)低也不可以，該溫度叫作熱處理溫度(也稱作人工時(shí)效處理)。最理想的是析出的結(jié)晶細(xì)而均一，從而阻止重排，材料不容易變形。舉個(gè)例子：「走在森林里，若大樹較多時(shí)容易走路(大的析出物)，密密麻麻小樹多的話不容易走(細(xì)小的析出物)」，和這個(gè)道理一樣細(xì)小的析出物較難重排。

硬度加工來(lái)增強(qiáng)的方法

對(duì)材料進(jìn)行加工就產(chǎn)生重排現(xiàn)象，也就產(chǎn)生材料的變形。各種材料的重排現(xiàn)象是極為復(fù)雜，不在此記述，簡(jiǎn)單地說(shuō)：重排后不是整齊地排隊(duì)，而復(fù)雜地嚙在一起的話，材料的變形就困難了。如馬路上走路時(shí)，走路的人不斷增加(重排的增殖)，就難于前進(jìn)(重排移動(dòng)變得困難，從而不容易變形)。利用此方法的有管道拉拔和噴丸硬化(SHOTPEENING)。

結(jié)晶體的微細(xì)化來(lái)增強(qiáng)

結(jié)晶在高溫下完全溶解后，急冷時(shí)得到微細(xì)的組織。這個(gè)過(guò)程叫作淬火。結(jié)晶變微細(xì)后，重排移動(dòng)的連續(xù)性就難于保持，結(jié)果材料得到了增強(qiáng)。(比方：人能活動(dòng)的范圍變小了)。

鉻鉬鋼（Fe-Cr-Mo）

在自行車的100年歷史當(dāng)中，鐵素材是剛性與重量方面都均衡的理想素材。鐵制車架的最大特征是可在各種成份，各種粗細(xì)厚薄的鐵管中，任意選擇所需要的鐵管進(jìn)行加快。因此可以選擇最適合于的尺寸、剛性、騎感的車架，這對(duì)于數(shù)毫米的差異也敏感的老車手來(lái)說(shuō)是很有好處的。它的最大的缺點(diǎn)是比起其它的素材重(過(guò)去)。但是最近的鐵素材車架經(jīng)過(guò)熱處理，把薄的管道做成粗的管來(lái)使用，其重量不會(huì)輸給輕的合金。

鉻鉬鋼是鉻、鉬的合金。它的性能如下：

○淬火性好。

○對(duì)回火處理的抵抗性大。

○回火脆性傾向少。

○高溫加工性好，加工后美觀。

○熔接性好。

●鉻鉬鋼車架的優(yōu)點(diǎn)

(1).加工性好

鉻鉬鋼的車架是歷史最久的車架，因此對(duì)它的研究時(shí)間也最長(zhǎng)?，F(xiàn)在能做到車架所需強(qiáng)度的極薄的管道。

(2).沖擊的吸收性能好

騎感極好，如「像彈簧般的騎感」。構(gòu)成車架的鉻鉬鋼管道有優(yōu)異的吸收沖擊的性能。

(3).焊接容易

鉻鉬鋼比起鈦、鋁焊接容易。可以設(shè)計(jì)成名種形狀。另外，焊接后也不需要熱處理，因此不需要大型的熱處理設(shè)備，成本低。

(4).價(jià)格便宜

雖然有些高擋次的鉻鉬鋼車架價(jià)格貴，但一般價(jià)格便宜。也可以說(shuō)，用便宜的價(jià)格買到高擋次的車架。

●鉻鉬鋼車架的缺點(diǎn)

(1).容易生銹

車架用的鉻鉬鋼含有鉻，但是添加量少(不銹鋼含有12%的鉻)的鐵系合金。若沒有施有表面處理的話，有傷口時(shí)容易生銹。但是一般都有進(jìn)行防銹加工。自行車的場(chǎng)合，管道的肉壓薄，生銹后的影響將會(huì)非常大。生銹→肉壓減少→強(qiáng)度下降(應(yīng)力集中)。

(2).金屬的疲勞顯著(應(yīng)力集中引起的金屬疲勞)

若使用肉薄的鉻鉬鋼車架時(shí)需要注意！當(dāng)然金屬疲勞這個(gè)現(xiàn)象任何金屬都會(huì)產(chǎn)生包括鋁等在內(nèi)。金屬疲勞現(xiàn)象簡(jiǎn)單地說(shuō)：金屬雖然具有防止塑性變形的小小的力量，但是反復(fù)施加應(yīng)力時(shí)，金屬可能被破壞(被稱為微細(xì)的應(yīng)力集中)。飛機(jī)出事時(shí)，有時(shí)候也是某部分的金屬疲勞引起。對(duì)自行車來(lái)說(shuō)，由于金屬疲勞的原故，可能出現(xiàn)強(qiáng)度不能保持。例如，進(jìn)行DH時(shí)產(chǎn)生的沖擊縮短了自行車的壽命。若感覺到踩踏時(shí)不則順利前進(jìn)時(shí)很有可能是金屬已發(fā)生疲勞。

焊接部位，如從管道側(cè)(母體)到溶融的部位(溶接部)，結(jié)晶的特性都會(huì)顯著變化。為使這些組織均一化，本來(lái)應(yīng)該再次結(jié)晶化(詳細(xì)內(nèi)容后述)。但是車架加工廠不一定有這種大型爐，另一方面，這種加工使已經(jīng)冷卻過(guò)的再次硬化，使得變?cè)鰪?qiáng)的管道的強(qiáng)度降低。

由于存在上述原因，焊接時(shí)采用各種方法來(lái)加工。如利用低溫焊接等方法制造車架。不管是任何優(yōu)秀的焊接，，焊接部位(1000°C以上)和另管道側(cè)(室溫)之間的溫度差，冷卻時(shí)收縮而發(fā)生殘留應(yīng)力。該部位受到應(yīng)力集中時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生裂縫。結(jié)果自行車騎的時(shí)間長(zhǎng)時(shí)可能會(huì)引起金屬疲勞，微觀的硬化加工也使沖擊的吸收性也變得差。

鋁合金（Al-Mg-Si,Al-Zn-Mg-(Cu)）

很久以前就有用鋁合金制作的車架。輕而價(jià)格低是它的優(yōu)點(diǎn)。但是從「輕」來(lái)說(shuō)，當(dāng)前與鐵素材比較相差并不大。老車手對(duì)它的反應(yīng)是「雖輕但易彎曲」。雖然經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，但是始終克服不了楊氏彈性模量低的缺點(diǎn)。最近的鋁合金車架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對(duì)鋁管進(jìn)行熱處理等，制造出輕而有剛性的車架，這種最新的鋁合金車架對(duì)車手來(lái)說(shuō)，具有足夠的輕量與剛性。

鋁合金是純鋁中加入Mg，Zn，Si，Cu等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，加入其他金屬后顯著提高了機(jī)械性能。自行車所使用的鋁合金多數(shù)為6000系（Al-Mg-Si）和7000系（Al-Zn-Mg-Cu)兩種，經(jīng)過(guò)熱處理(鋁耐高溫，在高溫下能改變性質(zhì))可以制成名種各樣的材料。

6000系被認(rèn)為是耐腐蝕、強(qiáng)度好、焊接性也好的材料。下表表示使用最多的6061合金的機(jī)械強(qiáng)度。

7000系是鋁合金中最強(qiáng)的材料。尤其是7075是特超硬鋁(制造飛機(jī)的材料)，但是它的焊接難度大，耐腐蝕性差(會(huì)發(fā)白)等。下表表示使用最多的7005和7075合金的機(jī)械特性。表中的有關(guān)熱處理以如下數(shù)字來(lái)表示：

-0：完全退火

-T5：人工時(shí)效(無(wú)溶體化處理)

-T6：溶體化處理后人工時(shí)效

-T7：溶體化處理后穩(wěn)定化處理

-T8：溶體化、硬化加工、人工時(shí)效

(右圖)i-DRIVE車隊(duì)用在XC比賽時(shí)的鋁制輕量型車架，價(jià)格約2萬(wàn)元。

6061合金的機(jī)械特性

7005，7075合金的機(jī)械特性

2.鋁合金車架的優(yōu)點(diǎn)

2.1可以制作重量輕的車架

鋁的比重輕但不夠硬，為了增強(qiáng)強(qiáng)度把它制成合金并施予熱處理。熱處理采用時(shí)效析出增強(qiáng)法，簡(jiǎn)單地說(shuō)，在金屬內(nèi)形成一種妨礙金屬變形的物質(zhì)。在某種高溫下進(jìn)行熱處理時(shí)，會(huì)引起時(shí)效析出，若沒有經(jīng)過(guò)這個(gè)程序的車架，也會(huì)引起常溫時(shí)效。就是說(shuō)把車架放置在房間內(nèi)也會(huì)逐漸變強(qiáng)。

許多鋁合金制車架用6061T6材料來(lái)制造。T6標(biāo)志表示經(jīng)過(guò)熱處理、時(shí)效。若沒有熱處理的話強(qiáng)度只能達(dá)到1/2，或者1/5的程度。

有7075標(biāo)志的自行車零件(如XTR曲柄等)，嚴(yán)格來(lái)講沒有經(jīng)過(guò)熱處理。也就是說(shuō)因沒有時(shí)效，因此是常溫時(shí)效。7075合金本來(lái)就必要進(jìn)行熱處理，通過(guò)熱處理其強(qiáng)度可以增加5倍。

另外，7005合金也常用來(lái)制造車架，它的強(qiáng)度比不上7075，但是它在常溫下也能夠進(jìn)行足夠的時(shí)效的材料。這種材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的強(qiáng)度及楊氏彈性模量低，因此加粗管道直徑來(lái)提高剛性，通常被稱作鋁制粗管道的是這種類型。

3.長(zhǎng)時(shí)間使用外觀不怎么變化

鋁本身是很容易受腐蝕的金屬，在空氣中幾乎不存在沒有被氧化的鋁，放置在空氣中馬上被氧化而形成很薄的且非常致密的氧化膜。為什么不生銹呢？原因是該氧化膜達(dá)到一定的致密程度時(shí)能阻止空氣和水的進(jìn)一步滲入，從而防止繼續(xù)生銹。該氧化膜幾乎是無(wú)色因此外觀上不容易發(fā)現(xiàn)變化(有時(shí)會(huì)發(fā)白)。

另一方面，騎這種材料制造的自行車時(shí)，騎的次數(shù)越多，應(yīng)力發(fā)生的次數(shù)也高，強(qiáng)度也顯著引起變化。近來(lái)為了謀求輕量，許多車架使用薄料來(lái)制作(薄的程度已達(dá)到極限)。這些都是使用疲勞極限很高的鋁合金來(lái)制作車架。但是到底長(zhǎng)時(shí)間使用后強(qiáng)度變化將是如何呢

4.鋁合金車架的缺點(diǎn)

4.1鋁是低彈性模量、低剛性的材料。因此需要采用粗的管，或者改變形狀如cross-over管、padded管等。

4.2必需進(jìn)行熱處理，否則強(qiáng)度不夠。因此一般的規(guī)模不大的工廠無(wú)能力購(gòu)買熱處理設(shè)備。尤其是6000系的鋁合金管，多數(shù)情況是管道廠家指定熱處理?xiàng)l件。鈦、鈦合金（Ti,Ti-Al-V)美國(guó)在60年代首次使用鈦合金來(lái)制作自行車車架。鈦合金給人的印象是「輕而硬」。早期的鈦合金車架，作為比賽用車，剛性不足，其車架不適合于長(zhǎng)距離賽車，也不是適用于所有的比賽，只適合用在山岳，或者Bigreces,Timetraial等需要輕型車的特定的場(chǎng)合。開始時(shí)鈦合金使一些人著迷，曾經(jīng)有些熱中于輕量化的騎手，把所有的螺絲都換成鈦合金制的才滿意。鈦金屬給一些人錯(cuò)覺，貴而稀有，實(shí)際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之一。只是由于合金的制作成本高，價(jià)格才較貴。

金屬鈦比重輕、強(qiáng)度大，同時(shí)耐腐蝕性高的材料，一般用在特殊的環(huán)境里。在金屬鈦里添加鋁、釩(Li.V)時(shí)強(qiáng)度顯著提高，熱處理也和鋁合金一樣通過(guò)時(shí)效處理可以提高強(qiáng)度。

●鈦合金車架的優(yōu)點(diǎn)

(1).可以制作輕量而強(qiáng)度大的車架

純鈦金屬的強(qiáng)度更高。在鈦金屬中添加鋁和釩，彈性更高(和鋁比較)，也有利于設(shè)計(jì)。

(2).不生銹：鈦在一般的環(huán)境下幾乎不會(huì)被腐蝕。但是它有另一種腐蝕現(xiàn)象即異種金屬腐蝕。例如，不同種類的合金接合在一起時(shí)，成為電極狀態(tài)，電位差使局部通電引起腐蝕。對(duì)此現(xiàn)象采取的措施是用脂膏等來(lái)絕緣(混有金屬粉末的脂膏，如商品名：TiPlepu等)。這種金屬粉末防止脂膏流失，即使流失后也用來(lái)防止緊密接觸。這種金屬粉末有導(dǎo)電性也不要緊，接觸后被較小的荷重破壞掉。這種現(xiàn)象稱為「粘住」，它和「烘焙」是不同的。

「粘住、咬合」：金屬之間通過(guò)腐蝕來(lái)接合的現(xiàn)象。

「烘焙接合」：加工金屬時(shí)所產(chǎn)生的熱量來(lái)溶融接合。

(3).騎感好

鈦也用在避震器的彈簧上。現(xiàn)在用鈦制成的車架適合于長(zhǎng)時(shí)間的騎行。有些車手熱愛鈦制車架，認(rèn)為騎感極佳。但是個(gè)人各異，有人和鉻鉬鋼比較后認(rèn)為，鉻鉬鋼的車架沖擊吸收性比鈦車架好，騎感也比鈦車架好(這和鉻鉬鋼車架的形狀以及用薄的管的結(jié)果應(yīng)力得到增大也有關(guān))。假若鈦管的加工技術(shù)得到進(jìn)一步改進(jìn)，也許會(huì)有和鉻鉬鋼同樣的騎感。

有些鈦制車架使人感到搖擺，這也許是使用plane管(沒有加padded的，厚薄不能變化的管)有關(guān)?；蛘唠m使用高強(qiáng)度的鈦合金，但沒有用薄的管等也有關(guān)系。

●鈦合金車架的缺點(diǎn)

價(jià)格高。鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，提練及加工過(guò)程復(fù)雜，技術(shù)要求高，并花時(shí)間因此成本高。再有溶接加工極為困難，因?yàn)殁伜脱醯挠H和力極強(qiáng)，和空氣接觸后馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強(qiáng)度會(huì)不斷下降。因此用惰性氣體小心焊接。通常所說(shuō)的Tig焊接是：(Tig：鎢、惰性氣體的略語(yǔ))用鎢電極及氬氣體進(jìn)行弧焊接。鈦的焊接必需隔絕空氣下進(jìn)行。由于以上原因鈦車架價(jià)格很貴。

近來(lái)有些鋁合金車架比鈦合金車架價(jià)格貴，這說(shuō)明鈦合金車架的價(jià)格下降了。其因是冷戰(zhàn)結(jié)束后軍費(fèi)縮小，鈦的用量少了；優(yōu)秀的技術(shù)員開始用鈦來(lái)制作車架；制作鈦車架的成本降低等原因。碳纖維（CERP）碳纖維車架的特征是「輕、不彎曲、沖擊吸收性好」，但是，充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能，在技術(shù)上看起來(lái)不是則容易，各碳纖維材料廠家之間的品質(zhì)差異也較大。自行車廠家考慮到成本問(wèn)題，不大可能使用高等級(jí)的碳纖維來(lái)制作車架。雖然存在上述的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，但是碳纖維車架還是具有其它素材所沒有的優(yōu)點(diǎn)，可以制造8、9kg左右的輕量自行車，這種碳纖維輕量自行車，登坡時(shí)最能體現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)，登坡順利而爽快。而不會(huì)像一些輕的鋁合金車架，登坡時(shí)感到有一種向后拉的力量。

碳纖維是把碳纖維用樹脂凝固成形的東西。非常輕，但它是具有方向性的材料(拉伸強(qiáng)但容易斷)，因此采用把薄料層層重疊的方法來(lái)解決缺點(diǎn)。

●碳纖維車架的優(yōu)點(diǎn)

(1).可以制作重量輕的車架

碳纖維車架是把碳纖維對(duì)著發(fā)生應(yīng)力的方向?qū)訉盈B而得到強(qiáng)度。碳纖維車架非常輕，這是它的密度和強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度構(gòu)成的。

(2).沖擊吸收性好

碳纖維用來(lái)制作殘疾者運(yùn)動(dòng)時(shí)用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領(lǐng)域。利用它的吸收沖擊力優(yōu)異的性能，制作不用避震器的自行車。如SCOTT廠的ELEVATED車架是著名的。但是各個(gè)廠家之間的品質(zhì)差異較大，有的很硬，因此這種車架乘騎后才能知道好或者不好。

(3).可以制造各種形狀的車架

碳纖維的基本成型方法是，在模具上鋪上纖維片然后流入樹脂并燒固?？梢灾瞥筛鞣N形狀的車架。如TREK的Y車架是著名的。

●碳纖維車架的缺點(diǎn)

(1).復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算

構(gòu)成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度強(qiáng)，但剪斷強(qiáng)度弱，加工時(shí)需要進(jìn)行復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算(縱剛性、橫剛性)，根據(jù)計(jì)算把碳纖維片重疊成型。加工技術(shù)各廠家各異，應(yīng)選擇有經(jīng)驗(yàn)而可*廠家的制品是很重要的。

(2).難于更改尺寸

由于作好模具后成型，難于更改尺寸。無(wú)法相應(yīng)多尺寸多款式的訂單。

(3).老化

使用樹脂因此會(huì)不會(huì)老化？這是一個(gè)存在的課題，它放置在陽(yáng)光下時(shí)會(huì)逐漸變白。當(dāng)然這種現(xiàn)象關(guān)系到廠家的技術(shù)。最好不要放置在陽(yáng)光下。

金屬為基體的混合物（M2，MMC)

金屬為基體的混合物是在鋁素材中混入陶瓷粉末或者纖維等物體，使它析出增強(qiáng)，制造出強(qiáng)度大的材料。它的強(qiáng)度比鋁合金強(qiáng)許多，是一個(gè)新的素材。有的混入氧化鋁粉末。M4指的是再多加入兩種合金，用這種材料制成的車架沖擊吸收性更好。

●金屬為基體的混合物車架的優(yōu)點(diǎn)

(1).可以制作重量輕的車架

它和鋁合金比較，拉伸強(qiáng)度大，極薄的管也能保持強(qiáng)度，因此車架很輕。這種輕是有剛性的輕。

(2).剛性高

如SPECIALIZD的M2車架使人感到很結(jié)實(shí)，管的直徑也大，剛性也好。

●金屬為基體的混合物車架的缺點(diǎn)

(1).焊接

關(guān)于這方面的資料很少，看實(shí)物焊珠部分正常，但是GUSSET就年年大型化。補(bǔ)強(qiáng)的目的是什么？尚未清楚。陶瓷粉末在鋁母體中均衡地存在，進(jìn)行焊接時(shí)陶瓷粉末能否均衡分散是個(gè)非常困難的事，能獲得何等程度的機(jī)械強(qiáng)度是大家所關(guān)心的事，總之，由GUSSET補(bǔ)強(qiáng)已達(dá)到相當(dāng)?shù)乃健?/p>

(2).沖擊吸收性差

關(guān)于這一點(diǎn)很多人有同樣的感覺，前部有避震器因此個(gè)人的感覺會(huì)有差異，但是后部非常明顯，沖擊力太大，會(huì)腰痛的。該材料的車架不適合于長(zhǎng)途騎行。但是在時(shí)間短的比賽中能發(fā)揮威力。七、鎂合金

1.概述

鎂的比重很輕(1.74)，約鐵的1/5，鈦的2/5，鋁的2/3。它是不容易腐蝕的活性金屬。它廣泛用在各種領(lǐng)域里，如照相器及電腦的外框、車輛的車圈等配件。通過(guò)合金化耐腐蝕性也得到進(jìn)一步提高。

2.鎂合金車架的優(yōu)點(diǎn)

2.1可以制造重量輕的車架

它比鋁密度低，可以制造輕的車架。楊氏彈性模量稍微低些，但是可以用加粗管直徑及橢園化等方法來(lái)解決。使用鋁合金的目的僅僅是為了減輕重量，將來(lái)可能會(huì)被鎂合金取代？鈦和鎂的研究課題稍不同，這兩種金屬今后仍然會(huì)活躍下去。

2.2加工性好

鎂制車架加工不會(huì)差。切粉的燃燒、爆炸等能夠通過(guò)合金元素來(lái)回避的話，剪斷、溶接性可能不會(huì)差。和鈦比較起來(lái)加工性好。

2.3具有非常好的自減震性能由于鎂具有區(qū)別于鐵和鋁的六方晶系結(jié)構(gòu)，決定了它具有更多的滑移系，能夠很好的吸收來(lái)自各個(gè)方向的震動(dòng)和沖擊。在國(guó)外，通常用作輪椅的主要材料。

3.鎂合金車架的缺點(diǎn)

3.1

耐腐蝕性如何？

生產(chǎn)鎂車架的廠商都說(shuō)耐腐蝕性好。但是這方面的資料當(dāng)前還很少，耐腐蝕性好到何種程度難于判斷。鎂是劇烈氧化的金屬，不小心操作錯(cuò)了很容易爆炸，純鎂一般不能使用，添加其他金屬(鋁、鋅、錳等)制成合金來(lái)使用，制成的鎂合金強(qiáng)度、機(jī)械性能都得到提高。有些人曾經(jīng)使用過(guò)鎂合金制用具，如摩托車的曲柄套等、他們說(shuō)：「雖然用了很久，但是很好，不會(huì)象鋁般發(fā)白。

3.2

鎂的楊氏彈性模量(決定剛性的因素)比鋁低許多，要增加其剛性管的直徑要大，這可能會(huì)影響對(duì)空氣的阻抗？。

3.3

成本如何？

鎂已經(jīng)用在筆記本電腦的框體上，用它來(lái)制作車架成本將是如何？與鋁合金相比，鎂合金材料自身的生產(chǎn)成本是比鋁合金高的，繼之，成型工藝和熱處理的外界條件都比鋁合金要求苛刻（因?yàn)殇X合金可以不用保護(hù)氣體，或用氬氣已經(jīng)足夠了。而鎂合金則必須用特殊的保護(hù)氣體六氟化硫,氬氣已不足以阻止鎂的變質(zhì)），這些工藝要求是私人作坊難以企及的。可以預(yù)見，比鋁合金廉價(jià)的鎂合金架子是絕對(duì)沒有質(zhì)量保障的。八、材料和環(huán)境

1.腐蝕

腐蝕是金屬和環(huán)境之間科學(xué)地相作用的結(jié)果改變了金屬的性質(zhì)，金屬與環(huán)境，或者構(gòu)成它們的一部分實(shí)用體系機(jī)能受到了損傷。簡(jiǎn)單地說(shuō)金屬表面變質(zhì)了。對(duì)自行車來(lái)說(shuō)金屬表面受損傷時(shí)會(huì)引起生銹，其中鉻鉬鋼車架最為明顯。腐蝕自行車的最大原因是下雨，尤其是酸雨的腐蝕性最勵(lì)害。

2.鉻鉬鋼和環(huán)境的關(guān)系

涂漆加工粗糙以及沒有防銹加工的車架，鉻鉬鋼管表面和涂漆之間開始腐蝕，涂漆部分彭脹起來(lái)，或者局部受到腐蝕。若發(fā)現(xiàn)自行車受傷，建議把受傷部位擦干凈并用錘刀搞平傷口，防銹加工后涂漆。總之傷口是腐蝕的最大原因。

另外，發(fā)生應(yīng)力多的部位也容易生銹，如焊接周圍，彎曲部位等。廉價(jià)的自行車，焊接后沒有熱處理(消除應(yīng)力退火)就出貨，這種自行車若發(fā)生生銹，局部或整體不斷地腐蝕下去。

3.鋁和環(huán)境的關(guān)系

鋁從外觀上看起來(lái)是相當(dāng)耐腐蝕的材料。尤其是經(jīng)過(guò)鋁表面鈍化處理的強(qiáng)度更大。這種處理是除了美化表面外，在鋁的表面形成的多孔質(zhì)地Υ-A1203(氧化鋁)，用滾水或蒸氣處理，封住其孔(如禧碼諾XT.XTR)。氧化鋁非常耐腐蝕，不被一般的酸溶解(如鹽酸、硝酸等)，只能溶在氟酸等強(qiáng)酸。它也使用在研磨劑里，不可見它的耐腐蝕性極強(qiáng)。

4.碳纖維和環(huán)境的關(guān)系

碳纖維含有樹脂因此也可以說(shuō)耐酸。但是對(duì)碳纖維來(lái)說(shuō)應(yīng)多考慮內(nèi)在因素，它用樹脂因此樹脂老化的可能性是存在的。碳纖維制自行車不使用時(shí)應(yīng)該避開陽(yáng)光，日光和環(huán)境的溫度對(duì)它的影響最大。

5.鈦和環(huán)境的關(guān)系

耐腐蝕性極佳(被使用在和原子能有關(guān)的部門)，不怕雨水、不怕受傷、沾上水滴也不用抹干凈。用這種材料制作自行車實(shí)在浪費(fèi)？？但是鈦也有缺點(diǎn)如前述(異種金屬腐蝕)，如鋁制配件和鈦制配件接合在一起時(shí)逐漸被腐蝕掉。

除了鈦之外，其他金屬之間也會(huì)發(fā)生異種金屬腐蝕，尤其是坐管部位，例如，把鋁制坐管和鉻鉬鋼車架接合在一起而不管它時(shí)，接觸面變成褐色，甚至于無(wú)法把它們解脫下來(lái)。九、金屬的疲勞度

1.自行車和疲勞

制作自行車車架的材料有鉻鉬鋼、鋁、鈦、碳纖等。其中用最薄的管來(lái)制作的是鉻鉬鋼車架。它的加工性好，材料便宜，騎感好，但它必需制成薄壁管，這種薄壁的管會(huì)有較高的拉伸強(qiáng)度和加工性。

鉻鉬鋼的強(qiáng)度較容易逐漸減弱，也就是較容易疲勞的現(xiàn)象表現(xiàn)在如下：

1.1

同樣的沖擊力加在各種材料上，鉻鉬鋼薄管所發(fā)生的應(yīng)力最大(容易發(fā)生疲勞而引起的破壞)。

1.2

對(duì)鉻鉬鋼的研究的歷史較長(zhǎng)，最大限制地利用它的特性制成極薄壁的管，應(yīng)力雖然發(fā)生的各個(gè)局部部位，但是對(duì)整個(gè)管來(lái)說(shuō)會(huì)發(fā)生較高的應(yīng)力。

1.3

由生銹引起的全面腐蝕將會(huì)引起管壁的變化，結(jié)果這個(gè)現(xiàn)象又提高了應(yīng)力，引起疲勞破壞。

1.4

應(yīng)力集中在局部而生銹、或者外傷引起的凹處，從該處引起疲勞破壞。

1.5

參加比賽時(shí)產(chǎn)生的沖擊，使車架發(fā)生較高的應(yīng)力，使用的次數(shù)越多，疲勞破壞也逐漸增多。

以上主要是針對(duì)鉻鉬鋼，但是近來(lái)鋁合金制的車架發(fā)展迅速，有許多用薄壁的鋁管制作的車架，它們是否上述的鉻鉬鋼制車架一樣，發(fā)生疲勞破壞呢？尤其是鋁沒有耐疲勞限度，很小的應(yīng)力也必定會(huì)產(chǎn)生破壞。其應(yīng)力越大破壞所需時(shí)間越短?，F(xiàn)在所出售的極薄壁管的鋁制車架，廠家都未明確注明其壽命。（中國(guó)的產(chǎn)品向來(lái)就是湊合著用，人家生怕大家都內(nèi)行了，就蒙不住了?。。?/p>

2.焊接和疲勞

鉻鉬鋼車架的焊接使用銀焊料的焊片焊接較多。鉻鉬鋼管是在再結(jié)晶溫度下焊接，因此管的強(qiáng)度不會(huì)降低，也不會(huì)變質(zhì)。但是所使用焊片加重了管的重量。

鈦管是使用前述的Tig溶接，焊接時(shí)所使用的不活性氣體的水蒸氣、或者不純物體在溶接時(shí)混入的可能性是存在的，這些事可能將成為引起疲勞破壞的原因。溶接不良使得應(yīng)力集中在溶接部位，也會(huì)引起疲勞破壞。

3.剛性

曾經(jīng)多次提過(guò)決定剛性的重要因素是楊氏彈性模量，但是管的外徑也會(huì)影響剛性。

最大剪斷應(yīng)力

車手騎在自行車上面時(shí)，復(fù)雜的應(yīng)力加在車架上面。尤其是轉(zhuǎn)向握把，或者站立騎行而使車子搖擺時(shí)，假若車子的剛性不足時(shí)，騎起來(lái)很不舒服的。車架的剛性夠不夠往往是在這種場(chǎng)合被議論。在此著重講一講復(fù)雜的應(yīng)力中，在管道上施于扭等動(dòng)作時(shí)的轉(zhuǎn)矩的情況。在轉(zhuǎn)矩存在的狀下，最大剪斷應(yīng)力發(fā)生在管的外周，它的公式加下。

從上述計(jì)算結(jié)果可知，改變外徑時(shí)重量加大到4倍，強(qiáng)度增加到8倍，效果還是很大的。利用這種方法也有限度的，外徑過(guò)于大時(shí)對(duì)于外來(lái)的壓力會(huì)增加面法線的壓力成分，如金屬表面容易凹進(jìn)去(象啤酒的罐般)。4.車架的壽命

4.1

車架強(qiáng)度的探索

車友們，希望你的自行車能用多久？除非有經(jīng)濟(jì)條件許可者追求新款式自行車之外，一般都希望能使用越久越好。在此主要記述影響車架強(qiáng)度的金屬疲勞問(wèn)題。

在前面已講過(guò)自行車的金屬疲勞是不可避免的現(xiàn)象。具體地說(shuō)：影響最大的是，加在管上的應(yīng)力、管的材料、疲勞極限。

設(shè)計(jì)自行車管道時(shí)，增加應(yīng)力的話，不得不增加管壁的厚度。疲勞極限高而薄管壁的加工方法，目前主要采用Padded加工方法，這種方法是：發(fā)生集中應(yīng)力的部位如接合部位，按理應(yīng)增加該部位的厚度，但是不增加厚度，代替它的方法是，減少應(yīng)力小的管道的中心部位的管壁的厚度。在此舉幾個(gè)薄壁管道的例子。

高級(jí)鉻鉬鋼管：

中央部位的管壁厚度為0.5mm。Dedacciai公司的最高級(jí)鉻鉬鋼管的管壁厚度為0.4mm。

鋁制車架：

Dedacciai公司的最高級(jí)鋁管SC61-10A的管壁中央的厚度為0.8mm。最便宜的鋁制車架的管道的厚度為1.8～1.3mm，可見Dedacciai公司的最高級(jí)鋁管的厚度多么??！這種薄的管使人感到強(qiáng)度行不行呀！

鈦制車架：

關(guān)于鈦制車架有Panasonic的0.6mm厚度。另外，在鈦制車架方面最著名的美國(guó)Litespeed公司，該公司的廣告用語(yǔ)是：我們的鈦合金的疲勞壽命可達(dá)到鋁、鐵的5倍。

作為自行車運(yùn)動(dòng)愛好者來(lái)說(shuō)，能夠騎上把管壁加工至極限的薄而輕的車子是可以接受的，但是乘騎的次數(shù)越多，強(qiáng)度越下降，年年要換新的車子的話，薄料的車子有什么用呢，當(dāng)然專業(yè)選手就不同了，他們有練習(xí)